工業硬脂酸生產方案對比

葉雅鋒

（輕工業杭州機電設計研究院有限公司，浙江杭州 311121）

硬脂酸是一種重要的化工原料，其應用領域很廣，在橡膠工業作為硫化劑，在塑料工業作穩定劑，在造紙工業用作抗水劑、光亮劑，在紡織工業作為柔順劑、防水劑、洗毛劑，在食品工業作乳化劑，在潤滑脂工業、化妝品、洗滌劑、金屬鹽、文教、制藥等工業各部門，都有廣泛的應用。

目前工業生產中主要采用加氫的生產方式得到硬脂酸，硬脂酸的碘值一般為1.0及以下，極度氫化時碘值可至0.1。油脂水解得到脂肪酸的碳鏈中有不含雙鍵的飽和脂肪酸和含雙鍵的不飽和脂肪酸的混合物。不飽和酸的雙鍵穩定性差，通過加氫，將不飽和酸變為飽和酸后，化學穩定性得到提高；不飽和脂肪酸的碳碳雙鍵加氫反應過程如圖1所示。工業硬脂酸生產的加氫工藝路線有兩種，一種是油脂先加氫得到氫化油（或稱“硬化油”），經水解、蒸餾后得到工業硬脂酸；另一種是油脂先經水解得到脂肪酸，然后蒸餾得到精脂肪酸再加氫得到工業硬脂酸；采用后者生產工業硬脂酸對加氫生產裝置的材質要求較高。

圖1 加氫反應過程

1 加氫方案

油脂加氫生產工業硬脂酸與脂肪酸加氫生產工業硬脂酸兩種工藝路線各有其優勢，目前國內兩種工藝路線在生產上均有應用；兩種工藝生產路線都可采用間歇加氫和連續加氫的工藝方案，現以油脂加氫生產工業硬脂酸為例進行介紹。

間歇加氫方案：間歇加氫又分為純機械攪伴氫化反應器和噴射氫化反應，前者是較傳統的氫化反應方式，工業生產中也常用，但現在間歇加氫方案大都采用后者。間歇加氫工藝過程為油脂通過脫氣預熱器加熱后，進入脫氣器中除去油脂中的水分及不凝性氣體后，加熱到氫化反應所需要的溫度后輸送至氫化反應器；氫氣由氫氣壓縮機壓送至氫化反應器；催化劑通過催化劑溶解罐溶解后由氫氣吹送至氫化反應器。反應在進行的過程中采用“屏蔽泵+噴射器” 強制外循環以達到充分混合，進行充分的反應；反應完成后依靠反應釜內的氫氣壓力壓送氫化油出料，氫化油在出料的過程中與原料進行換熱，氫化油在分離器中分離出殘余溶解氫氣后流至過濾中間罐，在過濾中間罐中加入硅澡土作為助濾，氫化油經過濾和精過濾兩次過濾后得到氫化油產品。氫氣依靠氫化油作液封，氫氣可作為后續生產循環使用。

噴射氫化反應器是在釜式反應器的基礎上增加噴射混合器，利用“文丘里”的原理，使得油脂、氫氣、催化劑三者進行充分的混合，且通過屏蔽泵進行強制外循環。由于加氫反應是放熱反應，設備設計溫度可依據原料的碘值確定，通常噴射氫化反應器的設計溫度不低于260℃，設備設計壓力在2.5～10.0MPa；設備材質可用碳鋼、不銹鋼或復合板材料。由于氫氣的循環使用，油脂進料泵大多采用多級泵滿足原料油脂的進料要求。

連續加氫方案：連續加氫工藝過程為油脂通過原料換熱器和脫氣預熱器加熱后，進入脫氣器中除去油脂中的水分及不凝性氣體后，經供料小部分油脂用于催化劑配料用，其他的大部分油脂都需經過高壓進料泵達到反應所需要壓力。催化劑經計量后在催化劑罐中溶解，用催化劑輸送泵與原料脂肪酸在靜態混合器中混合，含有催化劑的脂肪酸經高壓泵輸送至氫化反應器進行加氫反應，在進入氫化反應器之前脂肪酸與氫氣在噴射混合器中充分混合。三者混合后從塔底輸入至氫化反應器進行氫化反應，反應完成后物料從塔頂輸出，經氣液分離器分離，氫氣從分離器頂部分離出來經二次緩沖冷卻，經循環氫壓縮機壓縮后氫氣循環使用；氫化油從分離器底部分離出來，輸送至過濾中間罐，在過濾中間罐中加入硅澡土作為助濾，氫化油經過濾和精過濾后得到產品氫化油。氫氣與氫化油在油氫分離器中進行分離，依靠氫化油作為液封介質，分離出來的氫氣作為后續加氫生產循環使用。

連續氫化反應器為塔式反應器，反應器的容積相對較大，設備相對較高。油脂、氫氣、催化劑三者經充分混合后從連續氫化反應器底部進料，頂部出料。連續氫化反應器的設計溫度可依據原料的碘值確定，通常連續氫化反應器的設計溫度不低于240℃，設備設計壓力在2.5～4.0MPa，設備材質大多采用復合板材料。油氫分離器是油脂連續加氫時氫化油與氫氣分離的重要場所，設備簡圖如圖2所示，對整個裝置的安全產生起到至關重要的作用；油氫進口采用特殊設計的切線離心進料，氫氣從油氫分離器頂部分離出來，氫化油從底部分離出來；油氫分離器的材質也大多數采用復合板材料。

油脂加氫的過程中催化劑是必不可少的，催化劑以金屬為主，鎳是油脂加氫最常用的催化劑；鎳的活性高、相對廉價，通常為2～10μm粒徑的精細粉末，為了防止氧化，通常把鎳催化劑與氫化油混合制成顆粒狀的油基鎳催化劑，加氫反應使用時在熱油中加熱熔化即可。目前催化劑大多傾向于使用一次的，廢催化劑一般交給專門的公司處理。

圖2 分離器簡圖

2 間歇加氫與連續加氫的比較

間歇加氫與連續加氫的方式有其各自的特點和不足之處，選擇加氫方案時，應從多方面多角度進行比選。現用高、較高、低、較低等詞對兩者列表進行定性比較，但方案選擇時比選的內容不應限于表1中所列。

由表1中可以看出，連續加氫方案適用于產品產量高的情況，其公用工程耗量低，節能效果好，產品質量好，生產自動化程度也高，但工程投資大；若產品產量低時可采用間歇加氫方案，其工程投資少回收快，但能耗相對較高，自動化程度也低。一般產品產量大時采用連續加氫，產品產量小時可采用間歇加氫。

表1 間歇方式與連續方式的比較

3 結束語

目前，我國是工業硬脂酸的需求大國，各種生產方都有其固有的特性，應結合市場需求、產品質量要求、工程投資等多方面多角度進行比選，在已選定工藝路線的前提下，提高工藝生產水平，保證產品質量，贏得產品市場份額。